As aventuras de Pedro - Laboratório de Laser e Aplicações

As aventuras de Pedro
Depois de um mês em férias, lá estavam Marcelo, Pedro,
Patrícia e Tales novamente reunidos. O entusiasmo pelo retorno era
unânime. Todos queriam falar ao mesmo tempo, mas Pedro logo
conseguiu a atenção dos colegas, porque tinha histórias intrigantes
para contar, aprendidas em um museu de ciências em São Carlos,
Centro de Divulgação Científica e Cultural (CDCC), onde passou a
maior parte de seu tempo.
– Vocês precisam conhecer o museu de ciências, é muito
legal! Lá tinha uma máquina elétrica, chamada Gerador de Van de
Graaff, esse aparelho armazena cargas elétricas em uma esfera e,
quando encostávamos a mão nela, o cabelo ficava todo arrepiado.
Haviam monitores que esclareciam todas as dúvidas... – Pedro, muito
empolgado, continuava:
– Aproveitando que estamos falando nisso, vocês lembram o
que eu disse na última vez que nos encontramos? – perguntou ele.
– Lógico que não – falou Tales, com um tom de indignação.
– Está bem, irei repetir a pergunta que fiz – disse Pedro. –
“Existe uma relação entre os conceitos aprendidos nas experiências
de eletrostática e a eletricidade responsável por manter as lâmpadas
acesas?”.
E sem esperar a resposta dos colegas continuou:
– Eu trouxe a solução para essa questão, mas prefiro não
dizer nada. Façam tudo que está escrito nesse papel e depois nós
conversamos (Atividade 01).
ACENDA UMA LÂMPADA COM
CANUDOS
Perigo: É necessário muito
cuidado com a lâmpada para
não deixá-la quebrar. Porque as
substâncias no seu interior são
prejudiciais à saúde.
No começo não conseguiram
perceber o brilho da lâmpada. Tiveram então
a idéia de escurecer o quarto, e viram que ela
emitia luz de baixa intensidade.
– Isso é incrível! – exclamou Tales,
naquela escuridão.
– Pedro, você poderia explicar
porque os canudos eletrizados acenderam a
lâmpada? – perguntou Patrícia. – Mas antes
fale o que tem dentro da lâmpada
fluorescente!
– A lâmpada fluorescente é
preenchida com vapor de mercúrio, e a
superfície interna do vidro é revestida com um
pó branco chamado “fósforo” – disse Pedro,
pegando papel e caneta, para explicar. – Esse
pó tem a característica de transformar raios
ultravioleta em luz visível.
Atividade 01
Você vai precisar de: 1 lâmpada fluorescente (pode ser usada),
4 canudos plásticos e papel higiênico.
1
-Atrite simultaneamente os
quatro canudos com papel
higiênico.
Luz visível
Fósforo
Elétron
Raios ultravioleta
Filamento
Átomo de mercúrio
2
- Encoste os canudos eletrizados na
lâmpada fluorescente, em várias posições.
Observe o brilho da lâmpada.
Pág.25
Pedro empolgado com a explicação continuava:
– Quando encostamos os canudos eletrizados na lâmpada fluorescente, as cargas negativas em excesso são
transferidas para ela e colidem com os átomos de vapor de mercúrio, levando-os a emitir raios ultravioleta. Esses raios,
quando entram em contato com o revestimento de fósforo,levam o fósforo a emitir luz visível.
– Então, para manter a lâmpada acesa precisamos fornecer cargas negativas o tempo todo? – perguntou Tales,
atento a tudo.
– É isso mesmo! – elogiou Pedro. – Mas vocês concordam que não é nada prático acender uma lâmpada com
canudos eletrizados? O que poderia substituí-los?
– Eu tenho a solução para esse dilema – disse Marcelo, fazendo suspense. – Aresposta correta é a pilha!
– Muito bem, garoto! – exclamou Pedro. – Saibam que a pilha estabelece uma diferença de potencial que
propicia o movimento contínuo de cargas elétricas.
– Que?! – retrucou Tales.
–Vocês compreenderão melhor isso, construindo uma pilha com materiais bem simples – avisou Pedro. – Eu
peguei, com o monitor do museu o roteiro que ensina como fazer. Mas, antes prepararemos alguns materiais,
necessários na sua construção.
JACARÉ
Atividade 02
Você vai precisar de: 1 soldador, estanho, 50 cm de cabinho, 14 garras tipo jacaré tamanho pequeno, tesoura
ou estilete.
1
-
Cuidado: é
necessário ter um
adulto por perto.
Primeiramente, leia atentamente o
manual de instruções do soldador.
Após feito isso ligue o soldador e
deixe-o esquentar. Depois corte, com
a tesoura, 7 pedaços de cabinho de
10 cm cada. Em seguida, desencape
0,5 cm de cada lado de um cabinho.
2
- Enfie 1 capinha em cada
lado do cabinho. Coloque a
porção desencapada do
cabinho na parte maior da garra.
3
- Encoste o soldador na
garra, e logo após o
estanho.
Olhar pag.48
Pág.26
4
- Espere uns dois minutos, até o estanho e a
garra esfriarem. Coloque a capinha na garra.
Faça o mesmo procedimento do outro lado.
Monte 7 peças, as quais serão chamadas de
jacarés.
– Agora com esses materiais podemos construir a
nossa pilha – disse Pedro.
PILHA
Atividade 03
Você vai precisar de: 2 chapas de cobre e 2 chapas de
zinco de 8 cm de comprimento e 2 cm de largura, 2
copos de plástico de 180 ml, 1 led (vermelho), vinagre, 3
jacarés.
1
-Coloque uma chapa de zinco e uma de cobre em
cada copo. Em seguida, encha-os com vinagre.
Cobre
2
– O que é um led? Por que não usar uma
lâmpada? – perguntou Tales, enquanto estavam
montando a pilha.
– Eu não sei – respondeu Pedro. – Mas
podemos enviar essas dúvidas via e-mail para o
site de física “Luiz Antônio Responde”.
– Venham ver a pilha! – gritou Marcelo. –
O que aconteceu? Por que o led não acendeu?
– Muito curioso! Afinal essa montagem
está igual a pilha que vi no museu – comentou
Pedro. – Vamos mudar a posição do led,
colocaremos a ponta maior presa na placa de
cobre e a ponta menor na placa de zinco.
– Agora sim, mas você é um garoto
esperto! – brincou Marcelo.
– Por que a ponta maior do led tem que
ser conectada na placa de cobre e a menor na
placa de zinco? – perguntou Patrícia.
– Não sei, foi só um palpite que deu certo
– disse Pedro, sorrindo.
Ficaram um bom tempo, apreciando a
nova descoberta. Trocaram o vinagre por cocacola e depois por limão e, para a surpresa deles, o
led acendeu com todas estas soluções. Após
passar o encantamento escreveram as perguntas
de Tales e a dúvida de Patrícia ao site.
Zinco
- Ligue uma chapa de zinco e uma cobre, com o
jacaré.
Cobre
Zinco
3
- Ligue em série uma chapa de zinco, 1 led e uma
chapa de cobre, com os jacarés, como mostra a
foto. Observe o led.
Garotos, sejam
bem-vindos ao
m u n d o d a
ciência!
Led é a sigla em
inglês para “Light Emiting Diode”,
que quer dizer diodo emissor de
luz. Eles são confeccionados
com materiais semicondutores. A
figura abaixo ilustra o esquema
de um led.
Led
Olhar pag.48
Pág.27
A ponta maior,
t a m b é m
chamada de
cátodo, deverá
ser ligada à
placa de cobre
(pólo positivo)
e a ponta menor chamada anodo à
placa de zinco (pólo negativo).
Isso deve-se ao fato do led
conduzir corrente elétrica apenas
em um sentido.
É vantajoso usar o led
porque ele transforma em luz
quase toda energia elétrica
fornecida pela pilha,
diferentemente da lâmpada
incandescente que transforma a
maior parte da energia elétrica em
calor.
– Lendo a resposta encontrada no site, surgiu
uma outra dúvida – falou Patrícia. – Vocês sabem
explicar porque o led acendeu quando as placas
foram colocadas dentro do copo com vinagre?
– Saibam que os metais têm a propriedade de
ganhar ou perder elétrons quando estão imersos em
meio ácido (vinagre ou limão) ou básico (batata ou
soda cáustica), sendo esta a característica de
fundamental importância para o funcionamento da
pilha – respondeu Pedro, repitindo a explicação dada
pelo monitor no museu de ciências.
– Pedro, você poderia explicar melhor o
funcionamento da nossa pilha – pediu Patrícia.
– Com todo prazer! Inclusive farei isso
esquematizando. A placa de zinco quando em contato
com o vinagre, liberta na solução íons positivos
(átomos que possuem falta de elétrons). Por
consequência, essa placa ficará com excesso de
elétrons.
Com a placa de cobre acontece o mesmo.
Porém, o cobre quando em contato com o vinagre,
solta menos íons positivos que o zinco, e portanto
retém menos elétrons que o zinco. Daí surge, a
diferença de potencial, entre o cobre e o zinco, pois
esses dois metais não tem a mesma facilidade de
libertar íons para a solução.
Pág.28
E ele prosseguia:
Como nesta situação, o zinco possui mais elétrons
livres acumulados em suas superfícies que o cobre, quando
ambos estão imersos em meio ácido (vinagre), ocorre um
fluxo de elétrons da placa de zinco para a placa de cobre
através do fio condutor ligado a elas, mas antes de atingí-la,
os elétrons passaram pelo led fazendo com que o mesmo
acenda.
e
Elétron
e
e
+
Íons positivos
+
+
+
e
e
+
e
+
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
+
Vinagre
e
+
+
+
+
Cobre
+
+
+
e
e
+
e
+
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
+
+
+ Zinco
+
Vinagre
Esse processo se repetirá até que o zinco e o cobre
se oxidem, isto é, cria-se uma camada isolante sobre as
placas.
– Pedro, agora eu posso falar? – perguntou Patrícia,
ansiosa para fazer uma pergunta. – Por que usamos os
metais cobre e zinco?
– O zinco é um bom doador de elétrons e o cobre um
ótimo receptor de elétrons – explicou ele. – Mas não me
perguntem outras combinações porque não saberei
responder.
– Vamos escrever para o site perguntando outros
possíveis pares de metais que podem ser usados na
construção da pilha – sugeriu Marcelo, em frente ao
computador.
Todos concordaram.
Garotos, a pilha
p o d e r á s e r
construída com
vários pares de
metais, por exemplo:
cobre e alumínio,
cobre e chumbo, etc. É necessário
apenas que essa combinação seja feita
de tal forma que um metal doe e outro
receba elétrons. Para entender esta
propriedade dos metais em presença de
meio ácido e básico, vocês terão que
estudar um pouco mais de Física e
Química.
Para cada par de metais diferentes estabelece-se uma
diferença de potencial. Por exemplo, em uma pilha constituída com
uma placa de cobre e outra de zinco a diferença de potencial é 1,1V.
No entanto, se as placas forem de cobre e de alumínio, a diferença
de potencial é 0,5V.
Uma outra informação importante é que na pilha ocorre uma
transformação de energia química em energia elétrica. Essa energia
elétrica pode ser medida através da diferença de potencial. Para entender melhor o que é
diferença de potencial ou tensão, podemos utilizar garrafas, que contenham água, ligadas
por uma mangueira. Usando essa analogia, estou propondo uma atividade bem simples, na
qual a água representará o fluxo de elétrons, a mangueira o fio e as garrafas as placas de
zinco e de cobre.
DIFERENÇA DE POTENCIAL
ATIVIDADE 04
Você vai precisar de: 2 garrafas plásticas de refrigerante de 2L, 50 cm de mangueira de 1 cm de diâmetro, 2
torneiras para filtro, estilete, lâmina de serra, tesoura e água com corante.
1
- Corte a torneira com a
lâmina de serra.
2
- Depois corte a garrafa. Em
seguida, faça um furo, de
modo que caiba a torneira,
na posição indicada na foto.
3
- Fixe a
torneira
na
garrafa.
3
- Conecte a mangueira
nas garrafas. Em
seguida encha-as com
água pela metade. Depois,
coloque-as em cima de uma
mesa. Quanto de água
restará em cada garrafa?
Olhar pag.48
4
- Coloque uma garrafa em cima da
mesa e a outra em uma superfície de
aproximadamente 15 cm de altura .
Quanto de água restará em cada garrafa?
Pág.29
Durante todo tempo, Patrícia esteve a
observar. E na primeira oportunidade explicou o
que estava ocorrendo.
– Colocando as duas garrafas,
preenchidas com água pela metade, em cima da
mesa, percebemos que não há fluxo de água –
dizia Patrícia, imitando uma professora.
– Com as garrafas – falou Tales – eu entendi que a
altura é responsável pelo fluxo de água, mas no caso da pilha
eu não estou entendendo o que produz a corrente elétrica.
– Pedro, isso eu posso explicar – avisou Patrícia,
querendo mostrar o que havia aprendido em suas leituras. –
Na pilha ocorrem reações químicas que provocam uma
separação de cargas, tornando a placa de zinco carregada
negativamente e a placa de cobre também carregada
negativamente, mas com menor quantidade de elétrons. A
consequência é que o zinco fica com o potencial mais alto
que o cobre, como uma das placas está mais negativa, surge
uma diferença de potencial entre eles. Essa diferença de
potencial, por sua vez, provocará uma força elétrica sobre
cada elétron livre presente no fio que está conectado a ela,
fazendo com que eles circulem, gerando a corrente elétrica.
e
– Porém, quando colocamos as garrafas
em níveis diferentes, a água da garrafa que está
mais alta será transferida para a que está mais
baixa.
Pág.30
e
e
Zinco
– Agora eu estou entendendo a
explicação da minha professora! – lembrou Pedro,
que já tinha visto esse assunto na aula de física. –
Eu posso comparar as garrafas com água
colocadas em cima da mesa, com uma pilha
construída com duas placas de cobre. Vou
explicar melhor:
Como ambas as garrafas estão no
mesmo nível não tem fluxo de água. Essa situação
pode ser comparada com uma pilha construída
com duas placas de cobre, como as duas querem
receber elétrons, não há fluxo de elétrons
(corrente elétrica). Vocês podem perceber que
nas duas situações não há fluxo de água ou de
elétrons, porque não existe diferença de potencial.
Portanto, na situação mencionada o led não
acende.
Para ocorrer fluxo de cargas, é
necessário existir uma diferença de potencial,
por isso as pilhas são construídas com bons
doadores e receptores de elétrons.
e
e e
e
e
e
e
e e
e e
e
e
e e
e
e e
e e
e e
e
e e
e e
Elétrons
e
e
e
e
Cobre
e
e
Vinagre
e
– Nossa, realmente a pilha é uma invenção incrível!!!
– disse Marcelo. – Quem foi o gênio que a inventou?
– Eu não sei – respondeu Patrícia. – Mas posso
procurar.
No dia seguinte, lá estava ela com todo o histórico da
pilha.
– Pessoal, aqui está toda a história da pilha – gritou
Patrícia, mostrando algumas anotações. – Tudo começou
com nativos da África e da América do Sul que sofriam
choques dolorosos quando tocavam em um peixe típico de
rios tropicais “ nosso famoso poraqué”. Isso despertou a
curiosidade de vários cientistas, entre eles Luigi Galvani
(1737 - 1798), que nessa época estavam estudando a
contração dos músculos das pernas das rãs. Em 1796, ele
observou que os músculos das rãs penduradas em ganchos
de cobre numa grade de ferro contraíam-se. Esse efeito ele
chamou de "eletricidade animal".
Essa descoberta atraiu a atenção de vários
cientistas da época, entre eles Alessandro Volta (1745 1827),que ao refazer a experiência de Galvani em meados de
1790, comprovou que a corrente elétrica era produzida por
reações químicas.
– Com uma pilha similar a essa, em 1801 –
disse Patrícia, mostrando uma foto – Volta foi
condecorado por Napoleão Conde e Senador do
reino da Lombardia.
Zinco
Disco de papel molhado
com água salgada
Elétron
Fio de cobre
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
Secção
Pilha
Cobre
E ela prosseguia:
– Ele construiu a pilha com uma série de
pares de discos de dois metais diferentes (zinco e
cobre) intercalados com discos de papel molhado
com água salgada. Cujo princípio de funcionamento
é semelhante a que construimos.
Hoje os cientistas estão preocupados em
construir pilhas com uma maior durabilidade.
Inclusive, eu trouxe uma foto que mostra isso.
Durante a explicação de Pedro, Tales ficou
planejando uma forma de desafiá-lo. E na primeira
oportunidade fez uma pergunta.
– Pedro, você poderia falar sobre a resistência
elétrica dos metais. – Boa pergunta!!!! – exclamou
Marcelo. – Vamos enviá-la para o site.
– Calma Marcelo, vamos primeiro pensar sobre o
assunto – disse Pedro, com uma expressão preocupada.
Nós sabemos que a resistência se opõe à passagem de
corrente elétrica.
Pensaram, discutiram... Mas não chegaram a
nenhuma conclusão e para a alegria de Marcelo, fanático
por computadores, enviaram um e-mail para o site
pedindo ajuda.
Logo veio a resposta com uma proposta do Luiz
Antônio.
Pilhas
Logo após a explicação de Patrícia, saíram
do quarto para tomar um suco, preparado pela mãe
de Marcelo. Pedro, encantado com as recentes
descobertas, resolveu ficar lendo sobre o assunto.
Quando os garotos voltaram...
– Pessoal! – disse ele, empolgadíssimo
mostrando o livro aos colegas – Aqui eu encontrei
algumas informações sobre a intensidade da
corrente elétrica.
– Grande coisa – disse Tales.
Pedro continuava sua explicação sem dar
atenção para o cometário de Tales, lendo um trecho
do livro para os colegas.
– “A intensidade da corrente elétrica, i,
através de uma secção é dada pela divisão entre a
quantidade de carga que flui atraves desta secção e
o intervalo de tempo gasto pelas mesmas para
atravessarem esta determinada secção transversal”.
A atividade que
estou enviando é
similar à atividade
04 "Diferença de
potencial", sugiro
apenas algumas modificações. Com
ela vocês poderão responder como se
comporta a resistência elétrica de
alguns materias. Sendo o fluxo de
elétrons representado pelo fluxo de
água, o fio pela mangueira e as
garrafas pelas placas de zinco e de
cobre.
Pág.31
RESISTÊNCIA
ATIVIDADE 05
Você vai precisar de: 4 garrafas plásticas de
refrigerante de 2L, 5,5 m de mangueira de 1 cm de
diâmetro, 4 torneiras para filtro, estilete, lâmina
de serra, tesoura e água com corante (suco de
laranja).
1
- Utilizando o mesmo procedimento da
atividade 04, conecte uma mangueira de 50
cm de comprimento e 1 cm de diâmetro em
duas garrafas vazias de 2l. Faça o mesmo, em
outro par de garrafas, com uma mangueira de 5
m de comprimento e 1 cm de diâmetro. Encha as
garrafas com água pela metade.
2
- Em seguida, coloque simultaneamente
uma garrafa, de cada par, sobre uma
superfície de 20cm de altura
aproximadamente Qual par terá primeiro a
garrafa no nível mais alto vazia?
– Nossa, que legal! – exclamou Tales,
fazendo a experiência. – No par de garrafas
conectadas com a mangueira de menor
comprimento, a garrafa posicionada no nível mais
alto esvazia primeiro.
– É verdade! Mas o Luiz Antônio gostaria
que fizéssemos a seguinte comparação: –
explicou Patrícia, com a maior paciência – estando
as garrafas com uma mesma diferença de altura, o
maior comprimento da mangueira oferece uma
maior resistência à passagem da água. Da mesma
forma, para uma mesma diferença de potencial o
maior comprimento do fio apresenta uma maior
resistência à passagem de corrente elétrica.
– Resumindo – disse Pedro, para fixar a
explicação – a resistência depende do
comprimento do fio. Vejam bem, nós também
podemos afirmar que, quanto mais grosso for o fio,
maior será a corrente elétrica que passará por ele –
concluiu ele, lembrando da aula sobre esse
assunto.
– É verdade, imaginem se essa
mangueira fosse bem grossa, a água passaria
rapidamente de uma garrafa para outra – falou
Tales, com a mangueira na mão .
– Agora eu entendi porque o meu pai
comprou um fio mais grosso para usar na
instalação do chuveiro daqui de casa. Assim, ele
diminuiria a resistência elétrica – comentou
Marcelo, que até então estava apenas observando
a discussão. – Já que nós entendemos o
experimento, vamos enviar um e-mail para o site
descrevendo nossas discussões.
– Está bem, Marcelo – concordou Pedro,
sorrindo – Envie logo esse e-mail!
S u a s
observações
e s t ã o
corretíssimas,
mas existem
a l g u n s
detalhes importantes a serem
observados.
Pág.32
A resistência à
passagem de
corrente elétrica
depende de três
f a t o r e s : d o
comprimento, da
secção transversal e do material que o
fio condutor é constituído.
Todas essas informações são
resumidas na seguinte equação
matemática:
Sendo: R a resistência do
material à passagem de corrente
elétrica, L o comprimento do fio, A
área do fio e
representando a
característica do material que constitui
o fio, denominada resistividade, ou
seja, cada substância possui uma
determinada resistividade.
A unidade da resistência elétrica
foi dada em homenagem ao físico
alemão Georg Simon Ohm (1787 1854) que se dedicou ao estudo da
passagem de corrente elétrica em
metais.
Como exemplo, na tabela abaixo
estão os valores da resistência elétrica
do cobre e do vidro, que foram
calculadas para um um fio de 1 m de
comprimento e área transversal de 2
2
mm .
Material
Cobre
Vidro
8,5 x 10
– Lá vem ele – brincou Tales.
– Como nós podemos medir corrente elétrica
e diferença de potencial? – questionou Pedro.
Responderam todos a um tempo, "não
sei!!!!".
– Você faz cada pergunta difícil! – exclamou
Tales.
– Éh! Teremos que recorrer novamente ao
site – lembrou Pedro, desanimado.
– Antes poderíamos resumir o que
aprendemos até aqui – sugeriu Patrícia.
– Boa idéia! – falou Pedro, empenhado a
executar a tarefa. – Aprendemos que para ter
corrente elétrica percorrendo um fio condutor é
necessário aplicar uma diferença de potencial nos
seus terminais, e a intensidade da corrente elétrica
dependerá da resistência que o material oferece à
passagem da mesma e do valor da diferença de
potencial.
Após a breve discussão de Pedro, eles
enviaram o e-mail para o site.
Os aparelhos
que medem
c o r r e n t e
e l é t r i c a ,
diferença de
potencial e
resistência são, respectivamente,
o amperímetro, o voltímetro e o
ohmímetro. Vocês podem
encontrar esses aparelhos
contidos em um só, chamado
multímetro.
A foto mostra um multímetro
digital.
-3
5 x 1016
– Realmente é espantoso, como o cobre conduz
mais do que o vidro! – exclamou Pedro, em frente à tela do
computador. – Esse e-mail inspirou-me a fazer uma
pergunta.
Pág.33
Logo após lerem o e-mail eles foram comprar
um multímetro.
– Não pensei que seria tão fácil encontrar esse
aparelho – comentou Patrícia, entrando em uma loja de
artigos eletrônicos.
– E agora? O que faremos com ele? –
perguntou Tales.
– Bem lembrado – concordou Pedro. –
Teremos que procurar alguém que nos ajude a entendêlo e usá-lo, pois as instruções do manual não são
suficientes.
– Eu conheço uma pessoa que poderá nos
ajudar, vamos ver se vocês adivinham? – disse
Marcelo, fazendo suspense.
Disseram todos a um tempo.
– Professor Mário!
Dirigiram-se todos à busca do professor e, por
sorte, o encontraram saindo da escola.
– Que bom revê-los – saudou o professor, com
um sorriso.
Os garotos disseram que estavam precisando
de explicações sobre o funcionamento do multímetro.
Como sempre, ele se colocou a disposição. E sugeriu
conversar no laboratório da escola.
– Primeiramente, saibam que o multímetro é
um aparelho muito sensível e por isso deve-se ter muito
cuidado, porque qualquer dano afetará a precisão nas
medidas – explicava o professor, com o aparelho na
mão. – Primeiro selecionaremos com o botão que está
ao centro, a escala DCV (Direct Current Voltage), ou
seja, voltagem em corrente contínua. Os valores que
aparecem em cada posição do botão seletor informam
o valor máximo (fundo de escala) que pode ser lido no
display. Por exemplo: 20 em DCV significa que vocês
pode fazer medidas de até 20 Volts em corrente
contínua. Vamos usá-lo para medir a tensão dessa
pilha.
– Nossa! – murmurou Tales. – Nós construímos
uma parecida com esta.
– Não vamos perder tempo – disse o professor,
com a pilha na mão. – Para medir a tensão, cuja
unidade é volts, em um multímetro digital, devemos
proceder da seguinte forma:
Quando não se conhece a tensão que irá ser
medida, selecione o maior fundo de escala, meça e vá
reduzindo a escala até obter leitura desejada. Sabido
isso, fixaremos o voltímetro na pilha como mostra o
esquema.
Pág.34
Voltímetro
V
e
Cobre
Elétron
Zinco
Vinagre
Logo após a explicação do professor, os
garotos mediram o valor da tensão da pilha e obtiveram
como resultado 0,97V.
– Agora coloquem outra pilha ligada em série –
ordenou o professor, mostrando um esquema.
e
V
e
– Puxa! – exclamou Patrícia. – O valor da
tensão é 1,94V. Isso significa que os valores das
tensões se somam.
– Ah! – gritou Tales. – A diferença de potencial
ou tensão das pilhas ligadas em série, corresponde a
dobrarmos a diferença de altura entre as garrafas, na
atividade “Diferença de Potencial” .
– Muito bem, melhor comparação não poderia
ser feita – elogiou Pedro. – Eu tive uma idéia, nós
poderíamos medir a corrente elétrica, o que acham?
– Gostei da sua sugestão, Pedro – falou Mário, que
até então estava apenas observando os garotos.
– Professor, precisaremos da sua ajuda para ligar o
amperímetro – avisou Pedro.
– É simples – disse ele. – Para medir a corrente
elétrica, cuja unidade básica é o Ampère, em um multímetro
digital, deve-se colocá-lo na escala de corrente contínua ou
DCA (Direct CurrentAmpère).
A letra m (mili) que encontra-se junto de algumas
escalas significam que o valor lido no display deve ser
dividido por 1.000.
E ele prosseguia:
– Qual é o valor da corrente elétrica nessa
montagem? – questionou o professor.
Zinco
Cobre
Vinagre
– Zero – respondeu Pedro. – Porque o circuito está
aberto.
– Correto! – disse o professor. – E nessa
montagem, qual é o valor da corrente elétrica?
e
– Vocês sabiam que em nossa casa, temos
um aparelho com uma função similar à do
amperímetro – falava o professor, enquanto os
garotos montavam o circuito.
– Qual? – perguntou Tales.
– O hidrômetro – respondeu ele. – O
hidrômetro é aquele aparelho que normalmente fica
no jardim. Ele é colocado em série na tubulação, que
distribui a água, e a sua finalidade é medir o
consumo de água nas residências.
Fez um pausa e continuou:
– Mas voltemos ao nosso experimento.
Agora, com a montagem pronta, liguem o
amperímetro no maior valor de fundo de escala,
meça e vá reduzindo a escala até obter um valor fácil
de ler.
– Ok! – exclamou Patrícia. – Olhem que
estranho os números marcados no amperímetro
estão decaindo!
– Me desculpem, esqueci de dizer que
vocês devem esperar o valor da corrente no
amperímetro estabilizar – explicou o professor.
Após seguirem as suas instruções os
garotos mediram a corrente elétrica.
– Ah! – lembrou Mário. – O tamanho das
placas e o contato delas com a solução são fatores
determinantes para a corrente elétrica, por isso não
esperem obter sempre o mesmo resultado.
E mais, com o passar do tempo, as placas se
oxidarão, isto é, criar-se-á uma camada isolante
sobre elas. Dado o recado, continuemos: coloquem
duas pilhas ligadas em série como mostra o
esquema. Qual o valor da corrente elétrica nessa
montagem?
A
– Não sei – respondeu Pedro.
– O que é isso? – falou Tales, apontando para o
novo componente do circuito elétrico.
– Uma resistência elétrica – explicou o professor. –
Elas são facilmente encontradas em lojas de artigos
eletrônicos. Para medir o valor da corrente elétrica nessa
montagem ligaremos o amperímetro em série com a
resistência .
Amperímetro
A
e
Olhar pag.48
e
e
– O valor da corrente elétrica aumentou –
respondeu Patrícia, após fazer a leitura no
amperímetro – Pensando bem, esse resultado está
correto, afinal se aumentamos o número de pilhas, a
corrente também aumentará. Isso é análogo a
aumentarmos a altura entre o par de garrafas
conectadas por uma mangueira e preenchidas com
água, pois quanto maior a diferença de altura entre
elas, maior será o fluxo de água.
– Muito bem – elogiou o
Pág.35
professor.
– O que são esses riscos coloridos impressos
na resistência? – perguntou Tales, enquanto os garotos
desmontavam a pilha.
– Infelizmente essa dúvida será esclarecida
em uma outra ocasião, porque eu tenho um
compromisso agora.
Não se esqueçam! O
amperímetro deve ser ligado em série com o circuito e
deixem-no no maior fundo de escala, porque se a
corrente elétrica for alta ele não será danificado –
enfatizou o professor, saindo do laboratório.
Sairam dali e foram direto para a casa de
Marcelo.
– Enquanto caminhava – falou Patrícia, ao
chegar na casa de Marcelo – pensei em tudo que
aprendemos e ocorreu-me uma dúvida. Qual é a
relação entre: diferença de potencial e corrente
elétrica?
– Eu adoraria respondê-la – disse Marcelo. –
Mas meus conhecimentos de física "ainda" são
limitados. O melhor a fazer é enviar um e-mail para o
Luiz Antônio.
– Calma! – disse Pedro – Vamos pensar um
pouco, se não acharmos a solução para o problema, aí
sim procuramos o Luiz Antônio.
– O Pedro sempre procura o caminho mais
difícil – resmungou Tales.
Pensaram, discutiram... mas não encontraram
a resposta. Quando Pedro percebeu que os garotos
estavam se dispersando, ele reconheceu que o melhor
a fazer naquele momento era escrever para o site, mas
deixaram para ver a resposta no outro dia, afinal já era
tarde.
O reencontro aconteceu às 14:00h do dia
seguinte, mal se cumprimentaram e lá foram eles ler o
e-mail enviado pelo Luiz Antônio.
Realmente existe
uma relação
entre diferença
de potencial e
corrente elétrica
e, vocês irão
descobrí-la
realizando a atividade que estou
enviando.
Lei de Ohm
ATIVIDADE 06
1
- Monte o circuito como mostra a foto abaixo.
A escala deverá ser ligeiramente maior que
100 mA no amperímetro e 10 V no voltímetro.
Meça o valor da corrente no amperímetro e da
tensão no voltímetro. (Veja também o esquema
da página posterior.
Voltímetro
2
- Monte o mesmo circuito, mas com duas
pilhas. Meça o valor da corrente elétrica e
da tensão.
Voltímetro
Amperímetro
3
- Monte o mesmo circuito com três pilhas.
Meça o valor da corrente elétrica e da
tensão. Em seguida coloque todos os
resultados obtidos em uma tabela e observe a
relação existente entre os valores da tensão e da
corrente elétrica.
Voltímetro
Olhar pag.48
Pág.36
Amperímetro
Amperímetro
As faixas devem ser lidas da
extremidade esquerda para o centro do
resistor.A primeira faixa, representa o primeiro
algarismo do valor da resistência. A segunda
faixa representa o segundo algarismo. A
terceira faixa representa a potência de 10 pela
qual deve ser multiplicado o número formado
pelos dois algarismos anteriores e a quarta
faixa representa a imprecisão na fabricação do
resistor. Esta imprecisão é dada como uma
porcentagem do valor do resistor, por exemplo:
se a quarta faixa for prateada o valor medido
pode variar até 10%, dourada 5% de
imprecisão e se não houver a quarta faixa 20%
de imprecisão. Para não ficar dúvidas vamos
conferir o valor dessa resistência que vocês
estão comprando.
Para facilitar a montagem dos circuitos estou
enviando os esquemas.
V
A
+ Pilha
Jacaré
V
A
+ Pilha
+ Pilha
V
A
+ Pilha
+ Pilha
+ Pilha
A letra A representa o amperímetro e V
voltímetro.
Atenção: As pilhas devem ser associadas com o
pólo positivo de uma, ligando ao pólo negativo
da outra.
R=1
Olhar pag.48
Logo que leram o e-mail saíram à busca dos materiais para
executar a atividade. Por sorte, encontraram um vendedor muito
prestativo que se prontificou a explicar o código de cores impresso
nas resistências.
– Garotada!!! Cada cor das impressa nas faixas da
resistência representa um número.
Preto Marrom Vermelho Laranja Amarelo Verde Azul Violeta Cinza Branca
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0 X 10
=
100W
Após a leitura, Patrícia questionou o
vendedor sobre a quarta faixa dourada.
– A faixa dourada nos fornece a
informação que a tolerância ou imprecisão é
de 5% nessa resistência, isso quer dizer que o
valor dela pode variar de 95 a 105. Posso
embrulhar essa resistência? – perguntou o
vendedor, depois da explicação.
– Sim – respondeu Pedro.
Saíram da loja ainda mais motivados a
descobrir a relação entre diferença de
potencial e corrente elétrica. Ao chegar na
casa de Marcelo foram logo montando o
circuito.
– Porque colocar o amperímetro em
série? – perguntou Tales, enquanto montavam
a atividade.
– Tales, é simples, observe esse
esquema do circuito – explicou Pedro,
sempre com muita paciência.
Pág.37
V
A
C
+ Pilha
– O amperímetro deve ser colocado em série no
circuito para que toda corrente elétrica passe por ele,
como ocorre com o hidrômetro que mede o consumo de
água..
Após o esclarecimento da dúvida de Tales,
fizeram as medidas.
Anotações
V(Volts Ii(mA)
1 pilha
1,5
14,5
2 pilhas
2,9
29
3 pilhas
4,4
43
– E agora o que faremos com isso? – perguntou
Tales, olhando para os números.
– Vamos olhar para os valores obtidos no
voltímetro e no amperímetro e tentar obter uma relação
entre, tensão, ou seja, diferença de potencial e corrente
elétrica – respondeu Pedro.
Pensaram, pensaram... Mas logo desistiram e
resolveram deixar para continuar a discussão no dia
seguinte. Na saída Patrícia pegou a tabela, sem que os
colegas percebessem e ao chegar em casa persistiu na
análise. Quando já estava quase desistindo, percebeu a
relação entre a tensão e a corrente elétrica. Mal pôde
esperar amanhecer, tamanha era sua satisfação por ter
decifrado o enigma.
– Eureca, eureca! – disse Patrícia, imitando
Arquimedes e mostrando seu caderno de anotações. –
Olhem, se nós dividirmos a tensão pela corrente,
obteremos números bem parecidos, e eles são muito
próximos do valor da resistência usada no circuito.
Pág.38
Cálculos
1 pilha
V/i
103
2 pilhas
100
3 pilhas
102
Resumindo:
R=V
Ii
– Parabéns! – exclamou Pedro. – Mas não foi
uma coincidência? Sugiro que façamos a mesma
experiência usando outras duas resistências 270 e
470 para verificar se sua conclusão está correta.
– Talvez você tenha razão – concordou
Patrícia.
Como essa turma não deixa nenhuma dúvida
no ar, foram conferir se realmente Patrícia havia
decifrado o enigma colocado pelo Luiz Antônio.
– Essa equação vale para essas resistências
também! – comentou Pedro. – Após colher o último
resultado.
– O Luiz Antônio não vai acreditar quando ler
esse e-mail, afinal nós desvendamos o enigma – dizia
Marcelo, enquanto escrevia para o site .
Muito bem! Vocês
conseguiram
c h e g a r
à
expressão que
relaciona o valor
da resistência
com a tensão e a corrente elétrica,
chamada “lei de Ohm”.
R=V
i
Todos condutores que obedecem
essa lei são chamados de condutores
ôhmicos.
A resposta do site colaborou para aumentar a
auto-estima dos garotos. Enquanto gabavam-se com
a redescoberta, Marcelo navegava na internet e, por
acaso, encontrou um site que tinha várias biografias
de físicos.
– Pessoal – gritou ele. – Venham ver esse
site.
– Que jóia! – exclamou Patrícia, olhando para
a tela do computador. – Procure a biografia de Ohm!
– Aqui está – mostrou Marcelo.
– Nossa! Tem tudo sobre a vida dele –
comentou Pedro, e em voz alta leu um trecho do texto.
– Georg Simon Ohm (1787 - 1854) fez diversas
experiências para quantificar a relação entre a
diferença de potencial aplicada a um condutor e a
corrente que flui pelo mesmo. E em 1825, descobriu a
relação R = V/I que leva o seu nome (lei de Ohm).
– Eu ainda tenho minhas dúvidas se essa lei
vale para todos os condutores – avisou Pedro.
Após o comentário de Pedro, desencadeouse uma discussão entre ele e Patrícia. Ela não tinha
dúvidas que a lei valia para todos os condutores. O
desfecho do episódio terminou com um e-mail para o
site, que constava toda discussão sobre a validade da
lei de Ohm.
A resposta dessa vez, demorou a chegar,
enquanto esperavam Marcelo mostrou a primeira
música que tinha aprendido a tocar no violão.
Resistência de uma lâmpada
ATIVIDADE 07
Você vai precisar de: 3 suportes para pilhas
grandes, 3 pilhas grandes de 1,5V, 7 jacarés, 1
amperímetro, 1 voltímetro, 1 lâmpada de 6 V.
1
- Monte o circuito como mostra a foto. A escala
deverá ser ligeiramente maior que 100 mA no
amperímetro e 10 V no voltímetro.
Meça o valor da corrente e da tensão.
Voltímetro
lâmpada
2
- Monte o mesmo circuito, mas com duas pilhas.
Meça o valor da corrente elétrica e da tensão.
Voltímetro
Vocês poderão
concluir se
t o d o s
condutores
obedecem a lei
de Ohm, após
realizarem a
atividade que estou enviando. O
circuito proposto é semelhante ao
da “Atividade 06”. Vocês irão
averiguar se a relação entre a
diferença de potencial e a corrente
elétrica é constante para a
resistência do fio de tungstênio
que se encontra dentro do bulbo de
uma lâmpada.
Amperímetro
Amperímetro
lâmpada
3
- Monte o mesmo circuito, com três pilhas. Meça o
valor da corrente elétrica e da tensão. Em seguida
coloque todos os resultados obtidos em uma
tabela e observe a relação existente entre eles.
Voltímetro
Amperímetro
lâmpada
Olhar pag.48
Pág.39
Montaram o circuito e obtiveram os
seguintes resultados:
Anotações
V(Volts Ii(mA)
1 pilha
1,4
26,7
2 pilhas
2,8
39
3 pilhas
4,3
49
Nesse caso, os
condutores são
chamados de nãoôhmicos, porque
não obedecem a lei
de Ohm, isto é, a
resistência elétrica do filamento da
lâmpada não é a mesma para
diferentes tensões.
A figura a seguir representa um
fio de tungstênio com os átomos que
o compõe e os elétrons circulando por
ele quando é estabelecida uma
diferença de potencial.
Átomo de tungstênio
Fio de tungstênio
– Por essa eu não esperava! – exclamou
Patrícia, analisando os resultados. – Afinal, dividindo
a diferença de potencial pela corrente elétrica não
obtivemos o mesmo valor. Sou obrigada a
concordar, essa lei não é válida para todos os
condutores. Sugiro escrevermos para o site
contando nossos resultados.
– Você tem razão – concordou Pedro. –
Devemos perguntar por que o valor da resistência
elétrica do fio da lâmpada aumentou com o
acréscimo da voltagem (número de pilhas).
Garotos, os
resultados que
vocês obtiveram
estão corretos.
e
e e e e e e e e e e e
Elétron
Quanto maior o fluxo de
elétrons nesse fio, o qual é
estabelecido pelo acréscimo do
número de pilhas, maiores serão o
número de colisões dos elétrons com
os átomos de tungstênio. Este
processo de colisão provoca um
aumento da temperatura do fio
tungstênio, que intensifica ainda mais
os processos de colisões e este fato
provoca um aumento da resistência
elétrica do fio.
e
e
e
e
e e e
e
e
e
Na lâmpada, a temperatura do fio de
tungstênio é de aproximadamente
2.500 ºC.
Pág.40
É importante dizer que
a resistência
comercial de 100 ,
também se tornará
não-ôhmica, caso seja
submetida a uma temperatura maior à
especificada pelo fabricante. Isto
pode ser causado por um excesso de
corrente que passa pela mesma.
Para vocês comprovarem o que foi dito,
estou enviando uma atividade. Escrevamme após realizarem a experiência.
LDR (light dependent
Resistor)
ATIVIDADE 09
– Essa tal resistência elétrica só atrapalha –
concluiu Tales, após ler o e-mail.
– Sabe que você tem razão – concordou
Patrícia, mas não prosseguiu com a discussão.
Pedro, pensativo, sentou no sofá e ficou
refletindo sobre as observações dos colegas.
Enquanto isso, os outros navegavam pela internet,
procurando joguinhos. Passado algum tempo, ele,
ainda muito intrigado, sugeriu que Marcelo enviasse
um e-mail para o site do Luiz Antônio perguntando se a
resistência elétrica sempre prejudica o funcionamento
do circuito.
Todos concordaram e, a resposta dada pelo
professor Luiz Antônio veio imediatamente.
Garotos, realmente
a resistência
representa um
b l o q u e i o à
passagem de
corrente elétrica.
Porém, em determinadas situações a
resistência pode ser benéfica, como
por exemplo, ferro elétrico e chuveiro
elétrico, pois ela proporciona geração
de calor.
Os cientistas ao comprovarem
tal fato, desenvolveram dispositivos
que podiam ter sua resistência
elétrica controlada externamente.
Sendo essas resistências muito
usadas nos circuitos atualmente.
Você vai precisar de: 1 ohmímetro, 1 LDR ( 1 K e 15
K ) e 2 jacarés.
1
- Monte o circuito
como mostra a
foto. O ohmímetro
deverá estar em uma
escala ligeiramente
maior que 100K . Em
seguida meça o valor
da resistência do LDR,
quando ele estiver
completamente
iluminado.
2
- Meça o valor
da resistência
do LDR no
escuro. Compare os
resultados obtidos.
Olhar pag.48
– É verdade! A resistência elétrica do LDR varia
com a luz! – exclamou Tales, encantado com a novidade.
– Olhem! Conforme ele vai sendo exposto à luz o
valor da sua resistência elétrica aumenta – falou Pedro,
fazendo uma demonstração.
– Marcelo envie um e-mail, contando essas
observações e pergunte também onde ele é usado –
pediu Patrícia.
Pág.41
O LDR é um
dispositivo
feito de um
material
semicondutor
sulfeto de
chumbo, cuja resistência elétrica
varia com a intensidade de luz
que incide sobre ele. Uma de
suas utilizações é ligar e desligar
a iluminação pública.
NTC (Negative Temperature
Dependent Coefficient)
ATIVIDADE 08
Você vai precisar de: 1 ohmímetro, 1 NTC (80
graus celcius) e 2 jacarés.
a 25
1
- Monte o circuito
como mostra a
foto. O ohmímetro
deverá estar em uma
escala ligeiramente
maior que 100
.
Meça o valor da
resistência do NTC.
2
Coloque o
NTC entre os
dedos para
aquecê-lo um
pouco. Depois de 1
min uto meça o valor
da resistência.
Poste
Olhar pag.48
LDR
Estou enviando uma atividade
que mostra outro dispositivo
cuja resistência elétrica é
controlada externamente.
Pág.42
Os garotos assim que leram o e-mail foram comprar o
NTC na loja de artigos eletrônicos. Mas, a curiosidade deles
era tão grande que logo voltaram para montar o circuito.
– Reparem o valor da resistência do NTC no
ohmímetro – disse Marcelo. – Agora irei colocá-lo entre meus
dedos, percebam que a resistência diminui com o aumento da
temperatura, fornecido pelo meu corpo .
– Pessoal já é tarde, eu preciso ir embora – avisou
Patrícia.
– Mas não deixemos para amanhã o que podemos
fazer hoje – brincou Pedro. – Vamos contar ao Luiz Antônio
que a resistência diminuiu com o aumento da temperatura e
aproveitamos para perguntar onde esse dispositivo é usado.
Marcelo se prontificou a realizar a tarefa.
No dia seguinte lá estavam eles ansiosos para mais
descobertas.
O s
resistores
NTC são
confeccion a d o s
também a
b a s e d e ó x i d o s
semicondutores. A resistência
desses materiais varia com a
temperatura. E, podemos citar
como uma de suas aplicações
o termomêtro digital.
Termomêtro digital
NTC
Após lerem o e-mail, foram ao
shopping comer um lanche.
– Como estão esses jovens
cientistas? – brincou o professor. – Posso
sentar?
– Lógico! – exclamou Patrícia.
Tales, sem esperar qualquer
comentário, foi logo contando todas as
descobertas, terminando o relato com as
aplicações do NTC e LDR.
– Vocês sabiam que além desses
dispositivos, existe um outro ainda mais
interessante chamado transistor, cuja
resistência é controlada externamente pelo
valor da tensão aplicada entre seus terminais
– comentou o professor.
Fez uma pausa e prosseguiu:
– Amanhã me procurem, pois tenho
duas experiências interessantes. Mas, antes
passem em uma loja de artigos eletrônicos e
comprem um transistor BD 135.
No outro dia logo cedo, os garotos
foram à busca do transistor. Por sorte,
encontraram o mesmo vendedor na loja.
– Vocês por aqui, novamente – saudou o vendedor, com
um sorriso.
– Nós viemos comprar um transitor BD 135 – disse
Patrícia.
– Aqui está! – exclamou ele.
– Quanto custa? – questionou Patrícia.
– Um real e cinquenta centavos – respondeu ele – Posso
ajudar em mais alguma coisa?
– Pode sim – respondeu Pedro. – Será que o senhor
poderia falar um pouco sobre ele, por exemplo, para que serve?
De que é feito?
– O transistor é um dispositivo feito de um material
semicondutor, isto é, ora comporta-se como isolante e ora
comporta-se como condutor. Ele revolucionou a indústria
eletrônica, pois até então, utilizávamos apenas válvulas que
consomem muita energia. Além disso, elas são grandes,
pesadas, frágeis e aquecem bastante.
Graças a invenção do transistor todos esses problemas
foram resolvidos, aparelhos tais como, televisores, rádios,
computadores etc. reduziram de tamanho, peso e o consumo de
energia elétrica. Essa grande descoberta aconteceu em meados
de 1940 por William Shockley (1910 - 1989), John Bardeen (1908
- 1991) e Walter H. Brattain (1902 - 1987) – explicou o senhor. –
Podemos considerá-lo em determinados circuitos como um
resistor variável, isso significa que ora ele se comportará como
condutor ora como isolante, dependendo da tensão aplicada
entre a base e o emissor.
– Que?! – estranhou Tales.
– Como vocês podem perceber ele tem três terminais,
chamados de coletor, emissor e base – falava ele,
exemplificando com o transistor na mão.
Bd135
Emissor
Base
Coletor
– Essas pontas devem ser conectadas adequadamente
no circuito – frisou ele.
– Muito obrigado – agradeceu Pedro, após perceber que
a loja estava cheia de pessoas esperando para serem atendidas.
– Sempre que precisarem de ajuda voltem pois será um
prazer atendê-los – despediu o vendedor.
– Que velhinho legal! – comentou Patrícia, saindo da
loja.
Dali foram direto procurar o professor na escola.
– Meus jovens! Tenho aqui duas experiências – dizia ele
entregando o procedimento aos garotos. – Uma delas simula o
processo de ativação das lâmpadas dos postes e a outra mostra
uma aplicação do NTC. Caso vocês tenham alguma dúvida com
a montagem, me chamem, eu estarei na sala ao lado.
Pág.43
Controle de iluminação
Aplicação do NTC
ATIVIDADE 10
ATIVIDADE 11
Você vai precisar de: 2 suportes de pilhas
grandes, 2 pilhas grandes de 1,5 V, 6 jacarés, 1
lâmpada de 1,2 V (pingo d’água), 1 transistor BD 135,
1 resistência LDR (150.000 , 1000 ) e 1 resistência
de 1000 .
Você vai precisar de: 2 suportes de pilhas
grandes, 2 pilhas grandes de 1,5 V, 6 jacarés, 1
lâmpada de 1,2 V (pingo d’água), 1 transistor
BD 135, 1 resistência NTC (80
a 25 graus
celcius ) e 1 resistência de 100 .
1
1
- Monte o circuito como mostra a foto. Deixe o
LDR exposto à luz. Observe o brilho da
lâmpada.
- Monte o circuito como mostra a foto.
Observe o brilho da lâmpada.
Lâmpada
Resistência
Lâmpada
LDR
NTC
Transistor
Transistor
Resistência
2
- Em seguida tampe o LDR de modo que não
passe luz por ele. Observe o brilho da
lâmpada.
2
-Em seguida coloque o NTC entre os
dedos. Observe o brilho da lâmpada.
Olhar pag.48
Olhar pag.48
Para facilitar a montagem do circuito
utilizem o esquema abaixo.
Base
Pilha +
Emissor
NT
C
E B
+
+
C
Bd135
C
Bd135
Emissor
Coletor
Jacaré
Base
Coletor
+ Pilha
Pilha +
E B
+ Pilha
Pág.44
LD
R
R = 180
Jacaré
Pilha +
C
B
Pilha
E
+
comportar como condutor é necessário que entre a base
e o emissor seja estabelecida uma diferença de
potencial maior que 0,70 V. Esse valor dependerá do
tipo do transistor. Agora montem o circuito como mostra
o esquema seguinte – Trazendo consigo um voltímetro.
E pediu que medissem o valor da tensão entre o emissor
e a base do transistor com o voltímetro, em escala
ligeiramente maior que 10 V.
+
Eles montaram os circuitos, mas a lâmpada
não acendia porque tinham ligado o pólo positivo da
pilha ao emissor no transistor. Conferindo o esquema
perceberam que o correto era ligar o pólo negativo ao
emissor como está no circuito.
– Realmente, com esses circuitos podemos
controlar a iluminação de um determinado local –
exclamou Patrícia, fazendo uma demonstração. –
Utilizando como exemplo, o circuito com LDR,
percebemos que ao tampá-lo a lâmpada acende e,
quando ele está iluminado a lâmpada apaga.
– Como funciona esse circuito? – questionou
Marcelo.
Juntaram todos em torno do circuito, a fim de
esclarecer a dúvida de Marcelo. Discutiram durante um
tempo sobre as prováveis explicações para o
fenômeno observado, porém não conseguiram
nenhuma boa explicação, então decidiram chamar o
professor para ajudá-los.
– Para vocês entenderem esse circuito, irei
explicá-lo passo a passo – avisou o professor. –
Primeiramente, montem um circuito segundo esse
esquema
Pilha +
C
B
+
Pilha
E
+
– Agora sim, a lâmpada acendeu! – exclamou
Tales.
Os garotos, mais que depressa cumpriram as
ordens do professor.
–Ué! A lâmpada não acendeu – estranhou
Tales. – Por quê?
– Como vocês podem perceber uma das
pontas do transitor não está conectada no circuito,
dessa forma, ele comporta-se como isolante,
impedindo que passe corrente pela lâmpada –
respondeu o professor. – Para o transistor se
Tales mal terminou seu comentário e Patrícia já
estava medindo o valor da tensão entre o emissor e a
base. Como resultado ela obteve aproximadamente 0,75
V.
– Você tinha razão – disse Pedro ao professor. –
É necessário que a tensão entre o emissor e a base no
transistor seja maior que 0,70 V para ele tornar-se
condutor e como fizemos isto ocorreu.
– Agora troquem a resistência de 1000 , por
uma de 470
e, depois por uma de 1500 – pediu o
professor, entregando as respectivas resistências na
mão de Patrícia.
– Olhem que interessante! – comentou Pedro. –
Para cada resistência, temos um brilho diferente para a
lâmpada.
– Como vocês podem perceber, para estes
valores de resistência, a lâmpada mantém-se acesa –
comentou o professor. – Mas nós queremos ela apagada
quando o local estiver iluminado e acesa apenas quando
estiver no escuro. É por esse motivo que o LDR é
colocado no circuito. Comprovem o que eu estou
dizendo, montando novamente o circuito .
Pág.45
Pilha +
C
B
+
Pilha
E
+
LDR
– Observem! – exclamou Patrícia. – Quando
tampamos o LDR a lâmpada acende, e o valor da
tensão é aproximadamente 0,76 V, então podemos
afimar que o transistor está comportando como
condutor. No entanto, conforme ele vai sendo
iluminado percebemos que o brilho da lâmpada diminui
e, por conseguinte, a tensão também diminui até o
valor de 0,70 V, quando a lâmpada já estará apagada e
o LDR totalmente iluminado.
– Muito bem! – elogiou o professor. – Como
vocês perceberam o transistor é uma peça
fundamental nesses circuitos.
– Vocês não vão acreditar, mas eu pensava
que as luzes das ruas eram acesas em uma mesma
central – falou Marcelo, sorrindo.
– Professor, para que serve o circuito que usa
o NTC? – perguntou Tales, apontando para o NTC.
– Nós podemos utilizar esse circuito, para
controlar a temperatura da água de um aquário. Tales
mas você não deixa passar nada mesmo – disse o
professor, passando a mão na cabeça do garoto.
E prosseguiu:
Pág.46
É importante observar, ainda, que essa
tecnologia está dominada pelos engenheiros. Nesse
momento, eles estão pesquisando materiais que
possuam resistências elétricas nulas, chamados de
supercondutores, sendo o primeiro material
descoberto com essas características em meados de
1911 por Kamerling Onnes (1853 - 1926) .
Contudo, essas resistências nulas são
conseguidas a temperaturas muito baixas, como
exemplo, o mercúrio o qual torna-se supercondutor à
uma temperatura de - 269 ºC. Mas, com o avanço das
pesquisas já se descobruiu materiais com
resistências nulas a temperaturas mais elevadas,
porém, ainda são baixas em torno de - 48 ºC. No
entanto, os cientistas, não cessam suas pesquisas, e
o grande desafio é descobrir um material que possua
resistência nula à temperatura ambiente, pois assim,
o transporte de energia elétrica ocorreria sem
perdas.
– Diante disso, eu cheguei a seguinte
conclusão – comentou Pedro. – A resistência ora é um
incomodo no circuito, como exemplo, o transporte de
energia e ora é benéfica, como vivenciamos no caso
do LDR, transistor...
– Corretíssimo! – exclamou o professor. –
Espero então ter ajudado.
– Você nos ajudou e muito, mas não
queremos tomar mais seu tempo – agradeceu
Patrícia, levantando-se da mesa e despedindo-se.
Saíram de lá encantados com as novas descobertas
e foram direto para a lanchonete comemorar.
No dia seguinte, a professora de ciências de
Tales, pediu para cada aluno escolher um tema a ser
apresentado na feira de ciências da escola. Ele sem
pensar, decidiu por “eletricidade”. A professora achou
estranho aquele título, afinal era um contéudo
complicado para um garoto de 12 anos, mas não se
colocou objeção.
Na primeira reunião Tales contou a novidade
aos colegas, que o apoiaram de imediato.
–Você pode apresentar todas as
experiências que fizemos de eletricidade... – disse
Pedro, empolgado com a notícia.
Todos gostaram da idéia e começaram logo a
colocá-la em prática.
Passaram-se 15 dias, e o dia tão esperado
havia chegado.
O trabalho de Tales foi um sucesso, sendo um
dos mais visitados por estudantes e professores. Ele,
muito vaidoso, explicava com demonstrações o que é:
corrente elétrica, diferença de potencial, resistência
elétrica, lei de Ohm, resistores variáveis como: LDR e
NTC, e intercalando entre as explicações a história da
eletricidade.
As perguntas feitas a ele foram respondidas
com bastante firmeza, deixando todos que passavam
por ali impressionados com o seu desempenho,
afinal ele tinha apenas 12 anos.
Foi nesse dia que muitos perceberam que a
Física é uma ciência fascinante e pode ser
compreendida por qualquer um, basta ter um pouco
de boa vontade.
Pág.47
Lista de materiais
Na foto acima estão todos materiais necessários para a realização das atividades propostas. Primeiramente
faremos algumas recomendações quanto ao uso deles e depois, quando possível, iremos propor outros materiais.
1- Os seguintes materiais: estanho, garras tipo jacaré tamanho pequeno, soldador, pilha, resistência, multímetro
led(vermelho), lâmpada, soquete, LDR, NTC e transistor BD135 são encontrados em lojas de artigos eletrônicos.
2- Ë recomendado
utilizar os multímetros digitais porque são mais
baratos
e possuem boa precisão.
3- Tome muito cuidado ao utilizar o multímetro. Sempre que for medir tensão, coloque-o na escala mais alta. Lembrese também que o amperímetro deve ser sempre conectado em série com o circuito.
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